Генные ворота
Генный контроль — это явление, при котором транскрипционно активные гены перемещаются рядом с комплексами ядерных пор (NPC), так что возникающие транскрипты могут быстро формировать зрелую мРНК, связанную с факторами экспорта. [ 1 ] [ 2 ] Генная вентиляция была впервые предложена Гюнтером Блобелем в 1985 году. [ 3 ] Было показано, что он встречается у Saccharomyces cerevisiae , Caenorhabditis elegans , Drosophila melanogaster , а также на модельных системах млекопитающих. [ 1 ]
Было показано, что белки, составляющие NPC, известные как нуклеопорины , играют роль в связывании ДНК и транспорте мРНК, что делает возможным гейтирование генов. Кроме того, ворота гена управляются двумя белковыми комплексами : Spt-Ada-Gcn5-acetyltransferase (SAGA) и комплексом транскрипции-экспорта 2 (комплекс TREX-2). SAGA представляет собой комплекс ремоделирования хроматина , ответственный за активацию транскрипции определенных индуцируемых генов. Комплекс SAGA связывается с промоторами генов, а также взаимодействует с комплексом TREX-2. [ 4 ] В свою очередь, комплекс TREX-2 взаимодействует с NPC, способствуя перемещению активно транскрибируемых генов на периферию ядра клетки . [ 2 ] [ 5 ] Напротив, остальная часть периферии, т.е. те части, которые не связаны с NPCs, представляет собой транскрипционно молчащий гетерохроматин .
Механизм
[ редактировать ]Нуклеопорины и последовательности рекрутирования генов
[ редактировать ]Нуклеопорины (Nups) являются основными составляющими белками NPC и, как было показано, играют множество ролей в опосредовании нескольких процессов, участвующих в генном контроле. [ 1 ] Хотя известно, что ядерная периферия служит основным местом расположения большей части гетерохроматиновой, теломерной и центросомальной ДНК, исследования на дрожжах Saccharomyces cerevisiae показали, что NPC, содержащие Nup2p и Prp20p, создают границы активной экспрессии генов вблизи ядерной оболочки и предотвращают распространение гетерохроматина по периферии ядра. Эти белки Nup2p и Prp20p также обеспечивают место для связывания хроматина . [ 6 ]
Было показано, что некоторые индуцибельные гены у дрожжей перемещаются на периферию ядра путем связывания NPC, состоящих из специфических Nup. [ 1 ] Некоторые из этих индуцируемых генов, включая GAL1, INO1, TSA2 и HSP104, содержат последовательности рекрутирования генов (GRS), обнаруженные в промоторе, которые необходимы для прикрепления гена к NPC посредством связывания ДНК со специфическими Nups. [ 7 ] Это первоначальное перемещение генов, содержащих GRS, требует действия Snf1-p-зависимой Spt-Ada-Gcn5 ацетилтрансферазы (SAGA), комплекса ремоделирования хроматина, а также нескольких экспортных белков мРНК для их транскрипционной активации на ядерной периферии. [ 4 ]
У плодовой мухи Drosophila melanogaster большие участки хроматина связаны с Nups Nup153 и Megator. [ 8 ] Эти геномные области часто обнаруживаются на мужской Х-хромосоме , которая демонстрирует высокий уровень транскрипционной активности вследствие дозовой компенсации ; эти области хроматина называются Nup-ассоциированными областями (NAR). Истощение Nup153 вызывает резкое снижение экспрессии генов, связанных с NAR, и снижение сродства этих генных последовательностей с ядерной периферией. Другие Nup, такие как Nup50, Nup60 и Nup98, связаны с генами, участвующими в развитии и клеточном цикле . [ 9 ]
В модельных системах млекопитающих активированные гены, подлежащие транскрипции, перемещаются Nup-зависимым образом, хотя некоторые эксперименты на клеточных линиях человека показывают обратное движение от периферии ядра к нуклеоплазматическому центру. [ 1 ] мРНП ( мессенджер рибонуклеопротеин ), выходящий из мест транскрипции в ядерном центре, следует по тому же пути через ядро к НПК, что позволяет предположить, что комплексы мРНК/белок могут перемещаться через ядро направленным путем, через межхроматиновые каналы. [ 10 ] у мышей и человеческих клеточных линий трансмембранный Nup, Nup210 Было показано, что , необходим для правильной транскрипции нескольких генов, участвующих в нейрогенезе и миогенезе . Nup210 с помощью RNAi Нокдаун предотвращает миогенез в стволовых клетках мыши, но не влияет на ядерный транспорт, хотя предполагалось, что Nup210 или другие NPC-ассоциированные факторы могут влиять на архитектуру хроматина, обеспечивая пути мРНП/мРНК к ядерной мембране. [ 11 ] Перемещение транскрипционно активных генов с периферии ядра в нуклеоплазматическую область наблюдалось также в клеточных линиях человека. человека Все локусы Mash1 , GAFB и β-глобина наблюдались вдали от ядерной периферии, когда они транскрипционно активны. Это, по-видимому, противоречит гипотезе генного шлюзования, но этот процесс все еще может быть опосредован Nup98 , растворимым белком Nup, который курсирует между нуклеоплазмой и NPC на ядерной мембране. Nup98, по-видимому, отвечает за транспорт многих РНК из центра ядра в ядерную пластинку . Антитела Nup98, введенные в ядро, блокируют экспорт многих РНК. [ 12 ] [ 13 ] Существует большой объем данных, подтверждающих роль нульцеопоринов, как закрепленных на NPC, так и растворимых, в роли посредника транспорта мРНК и правильной транскрипции активных генов, хотя на эти сложные процессы влияют многочисленные другие белковые факторы.
Комплексы SAGA и TREX-2
[ редактировать ]Spt-Ada-Gcn5 ацетилтрансфераза (SAGA) представляет собой коактиватор транскрипции, модифицирующий гистоны, который состоит из 21 белка и проявляет гистон-ацетилтрансферазную (HAT) и деубиквитинирующую (DUB) активность. У дрожжей комплекс SAGA служит для активации транскрипции примерно 10% генома, и этот активный комплекс ген/SAGA затем способен взаимодействовать с комплексом TREX-2, комплексом экспорта мРНК, связанным с NPC. Многочисленные белки, участвующие в образовании мРНК, взаимодействуют с NPC, при этом большинство этих белок-белковых взаимодействий происходит между комплексом SAGA и комплексом TREX-2 на NPC. [ 4 ] От этого взаимодействия во многом зависит правильная транскрипция и последующий экспорт мРНК. Общая белковая субъединица комплексов SAGA и TREX-2, Sus1, связывается с вышележащей активирующей последовательностью через SAGA, которая затем служит точкой присоединения к комплексу TREX-2. Взаимодействующим поверхностям между Sus1 и комплексом TREX-2 способствуют белковые субъединицы Mex67 и Yra1 комплекса TREX-2, о чем свидетельствуют эксперименты по совместной иммунопреципитации. [ 4 ] Комплекс TREX-2 связан с комплексом NPC нуклеопорином Nup1. Все субъединицы TREX-2 необходимы для успешного формирования и экспорта транскрипта мРНК на ядерную мембрану для генов, активированных комплексом SAGA, и данные показывают, что SAGA и TREX-2 действуют согласованно, привлекая Sus1 к генам, подлежащим транскрипции. Другие исследования показали, что несколько субъединиц SAGA взаимодействуют с белком NPC Mlp1, обеспечивая еще одну связь между NPC и комплексом SAGA/активный ген. [ 4 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д и Бернс, Лейтенант; Венте, СР (июнь 2014 г.). «От гипотезы к механизму: выявление связей комплекса ядерных пор с экспрессией генов» . Мол. Клетка. Биол. 34 (12): 2114–20. дои : 10.1128/MCB.01730-13 . ПМК 4054283 . ПМИД 24615017 .
- ^ Jump up to: а б Страмбио-Де-Кастилия, К; Нипель, М; Рут, член парламента (июль 2010 г.). «Комплекс ядерных пор: соединение ядерного транспорта и регуляции генов». Нат. Преподобный мол. Клеточная Биол. 11 (7): 490–501. дои : 10.1038/nrm2928 . ПМИД 20571586 . S2CID 27808433 .
- ^ Блобель, Г. (1985). «Геновые ворота: гипотеза» . Учеб. Натл. акад. наук. США . 82 (24): 8527–29. Бибкод : 1985PNAS...82.8527B . дои : 10.1073/pnas.82.24.8527 . ПМК 390949 . ПМИД 3866238 .
- ^ Jump up to: а б с д и Гарсиа-Оливер, Энкар; Гарсия-Молинеро, Вариния; Родригес-Наварро, Сусана (июнь 2012 г.). «Экспорт мРНК и экспрессия генов: связь SAGA-TREX-2». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Механизмы регуляции генов . 1819 (6): 555–565. дои : 10.1016/j.bbagrm.2011.11.011 . ПМИД 22178374 .
- ^ Умлауф, Д; Бонне, Дж; Вахарте, Ф; Фурнье, М; Стирле, М; Фишер, Б; Брино, Л; Дэвис, Д; Тора, Л. (15 июня 2013 г.). «Комплекс TREX-2 человека стабильно связан с корзиной ядерных пор» . Дж. Клеточная наука. 126 (12): 2656–67. дои : 10.1242/jcs.118000 . ПМИД 23591820 .
- ^ Дилворт, Дэвид Дж.; Тэкетт, Алан Дж.; Роджерс, Ричард С.; Йи, Юджин С.; Рождество, Роуэн Х.; Смит, Дженнифер Дж.; Сигел, Эндрю Ф.; Чейт, Брайан Т.; Возняк, Ричард В.; Эйчисон, Джон Д. (19 декабря 2005 г.). «Мобильный нуклеопорин Nup2p и связанный с хроматином Prp20p участвуют в эндогенном NPC-опосредованном контроле транскрипции» . Журнал клеточной биологии . 171 (6): 955–965. дои : 10.1083/jcb.200509061 . ПМК 2171315 . ПМИД 16365162 .
- ^ Брикнер, Джейсон Х; Уолтер, Питер; Том Мистели (28 сентября 2004 г.). «Привлечение гена активированного локуса INO1 в ядерную мембрану» . ПЛОС Биология . 2 (11): е342. дои : 10.1371/journal.pbio.0020342 . ПМК 519002 . ПМИД 15455074 .
- ^ Вакерисас, Хуан М.; Суяма, Рицуко; Добрый, Джоп; Миура, Кота; Ласкомб, Николас М.; Ахтар, Асифа; Рейк, Вольф (12 февраля 2010 г.). «Белки ядерных пор Nup153 и Megator определяют транскрипционно активные области в геноме дрозофилы» . ПЛОС Генетика . 6 (2): e1000846. дои : 10.1371/journal.pgen.1000846 . ПМК 2820533 . ПМИД 20174442 .
- ^ Кальверда, Бернике; Пикерсгилл, Хелен; Шлома, Виктор В.; Форнерод, Мартен (февраль 2010 г.). «Нуклеопорины непосредственно стимулируют экспрессию генов развития и клеточного цикла внутри нуклеоплазмы» . Клетка . 140 (3): 360–371. дои : 10.1016/j.cell.2010.01.011 . ПМИД 20144760 . S2CID 17260209 .
- ^ Мор, Амир; Сулиман, Шимрит; Бен-Ишай, Ракефет; Юнгер, Шэрон; Броуди, Иегуда; Шав-Тал, Ярон (9 мая 2010 г.). «Динамика нуклеоцитоплазматического транспорта и экспорта одиночной мРНП через ядерную пору в живых клетках». Природная клеточная биология . 12 (6): 543–552. дои : 10.1038/ncb2056 . ПМИД 20453848 . S2CID 205286953 .
- ^ Д'Анджело, Максимилиано А.; Гомес-Кавасос, Х. Себастьян; Мэй, Арианна; Лакнер, Дэниел Х.; Хетцер, Мартин В. (февраль 2012 г.). «Изменение состава ядерных пор регулирует дифференцировку клеток» . Развивающая клетка . 22 (2): 446–458. дои : 10.1016/j.devcel.2011.11.021 . ПМК 3288503 . ПМИД 22264802 .
- ^ Гриффис, ER (7 марта 2002 г.). «Nup98 — мобильный нуклеопорин с транскрипционно-зависимой динамикой» . Молекулярная биология клетки . 13 (4): 1282–1297. дои : 10.1091/mbc.01-11-0538 . ПМЦ 102269 . ПМИД 11950939 .
- ^ Гриффис, ER (18 ноября 2002 г.). «Nup98 локализуется как на ядерной, так и на цитоплазматической стороне ядерной поры и связывается с двумя различными субкомплексами нуклеопоринов» . Молекулярная биология клетки . 14 (2): 600–610. doi : 10.1091/mbc.E02-09-0582 . ПМК 149995 . ПМИД 12589057 .